專利名稱：一種高效平板式回路熱管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳熱和電子元器件冷卻領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種高效平板式回路熱管裝置。
背景技術(shù)：
回路熱管(loop heat pipe，LHP)是一種新型的兩相的高效傳熱裝置，它利用蒸發(fā)器內(nèi)的毛細(xì)芯產(chǎn)生的毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)回路運(yùn)行，利用工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝來(lái)傳遞熱量，因此能夠在小溫差、長(zhǎng)距離的情況下傳遞大量的熱量。
回路熱管的蒸發(fā)器與熱源相接觸，蒸發(fā)器內(nèi)部裝有高性能的毛細(xì)芯(稱為第一吸液芯)。補(bǔ)償室與蒸發(fā)器相連，兩者內(nèi)部通過(guò)另外一個(gè)毛細(xì)芯(稱為第二吸液芯)相連。冷凝段與冷源直接接觸。蒸發(fā)管道將蒸發(fā)器與冷凝段相連，回流管道將冷凝段和補(bǔ)償室相連。當(dāng)蒸發(fā)器受熱時(shí)，其內(nèi)部的第一吸液芯表面的液體將吸收潛熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽通過(guò)蒸汽管道到達(dá)冷凝段，放出潛熱，變成液體，并通過(guò)液體回流管回到補(bǔ)償室。補(bǔ)償室的液體再回到蒸發(fā)器，從而構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。
一般回路熱管存在當(dāng)工質(zhì)在蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率大于其液體回流管的回流速率，而第二吸液芯難以將工質(zhì)從補(bǔ)償室吸到蒸發(fā)器而造成干涸現(xiàn)象。另外由于吸液芯的熱傳導(dǎo)過(guò)大使補(bǔ)償室溫度過(guò)高，常常使整個(gè)回路熱管的運(yùn)行溫度過(guò)高，這常常被稱為熱泄漏問(wèn)題。此外回路熱管在低瓦數(shù)下難以啟動(dòng)，而且由于槽道壓降過(guò)大導(dǎo)致最大傳熱量不高，以及啟動(dòng)后由于局部蒸汽流動(dòng)阻力過(guò)大造成蒸發(fā)器內(nèi)局部壓力過(guò)大，溫度過(guò)高。這些特點(diǎn)尤其在平板式回路熱管中非常明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種增大回路熱管系統(tǒng)毛細(xì)吸引力、減小熱泄漏、使回路熱管在低瓦數(shù)下也容易啟動(dòng)、使蒸發(fā)器中局部蒸汽流動(dòng)阻力減小、使系統(tǒng)最大傳熱量提高的平板式高效回路熱管裝置。
本發(fā)明的技術(shù)路線是將蒸發(fā)器和補(bǔ)償室置在同一容器中，蒸發(fā)器由第一吸液芯和第二吸液芯組成，第二吸液芯的另一側(cè)(可以是上方或側(cè)面等)與外殼間的空隙為補(bǔ)償室。第一吸液芯主要起到使工質(zhì)蒸發(fā)的作用，第二吸液芯不但起到增大系統(tǒng)毛細(xì)吸引力的作用，其多孔的結(jié)構(gòu)形式可使工質(zhì)容易到達(dá)第一吸液芯，并且起到減小系統(tǒng)熱泄漏的作用。第一吸液芯上包含了橫向槽道和縱向槽道。由于采用了縱橫交錯(cuò)的蒸汽槽道，更利于蒸汽的蒸發(fā)，使回路熱管更容易在低瓦數(shù)下啟動(dòng)。啟動(dòng)后蒸汽可以根據(jù)局部阻力選擇阻力最小、壓降最小的槽道進(jìn)行流動(dòng)，使回路熱管的整體壓降大大降低，且不會(huì)因?yàn)榫植空羝嬖谑拐舭l(fā)器局部溫度過(guò)高，從而使回路熱管的最大傳熱能力得到增強(qiáng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，蒸發(fā)器和補(bǔ)償室為一體化結(jié)構(gòu)。蒸汽槽道的位置設(shè)計(jì)在第一吸液芯上，可以與第一吸液芯一次成型，制造工藝大大簡(jiǎn)化。
(2)由于第二吸液芯與第一吸液芯在同一空間，大大增加了回路熱管的吸液能力和毛細(xì)力。由于采用了縱橫交錯(cuò)的蒸汽槽道，更利于蒸汽的蒸發(fā)。從而使回路熱管的傳熱性能提高，使系統(tǒng)更容易在低瓦數(shù)下啟動(dòng)。
(3)由于第二吸液芯設(shè)計(jì)了液體通道，使補(bǔ)償室的液體比一般的回路熱管更容易回流到蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器不易干涸。由于第二吸液芯設(shè)計(jì)了液體通道，以及第二吸液芯可以使用低熱導(dǎo)材料制得，從而大大減小補(bǔ)償室內(nèi)液體因蒸發(fā)器傳熱引起的熱泄漏現(xiàn)象，使回路熱管的運(yùn)行性能更佳。
(4)由于采用了縱橫交錯(cuò)的蒸汽槽道，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)槽道堵塞而使局部壓力過(guò)高，也不會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)器接觸的熱源局部溫度過(guò)高而造成蒸發(fā)器局部蒸汽來(lái)不及帶走，使得局部溫度過(guò)高。蒸汽可以根據(jù)實(shí)際情況選擇阻力最小、壓降最小的槽道進(jìn)行流動(dòng)，使回路的整體壓降比一般回路熱管得到很好的改善，可以使回路熱管在一個(gè)更佳的狀態(tài)下運(yùn)行，并且可以使回路熱管的最大傳熱能力得到增強(qiáng)。
(5)第一吸液芯的主橫向槽道可以起到一個(gè)匯集從縱向槽道過(guò)來(lái)的蒸汽的作用，它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在匯集的時(shí)候很明顯地減小流動(dòng)阻力。第一吸液芯的主縱向槽道可以起到一個(gè)匯集從橫向槽道過(guò)來(lái)的蒸汽的作用。它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在匯集的時(shí)候很明顯地減小流動(dòng)阻力。
(6)用輔助管道將第一吸液芯的主縱向槽道與第一吸液芯上的橫向槽道相連，可以進(jìn)一步減少蒸汽的流動(dòng)阻力。


圖1為一種平板式高效回路熱管的蒸發(fā)器和補(bǔ)償室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為第二吸液芯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為有輔助管道的第一吸液芯蒸汽槽道結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1用高效回路熱管裝置對(duì)電腦CPU進(jìn)行散熱圖1中，蒸發(fā)器和補(bǔ)償室2為一體式結(jié)構(gòu)。蒸發(fā)器底部與熱負(fù)荷端Q即電腦的CPU接觸，第一吸液芯5和第二吸液芯3都位于蒸發(fā)器內(nèi)部，其中第一吸液芯緊貼蒸發(fā)器底部，第二吸液芯則緊貼第一吸液芯。在第二吸液芯的另一側(cè)，蒸發(fā)器內(nèi)部有一定的空間，這部分空間為補(bǔ)償室2。液體回流管1通過(guò)補(bǔ)償室2終止于第二吸液芯3，該管道主要是連接冷凝段使液體可以回流到第一吸液芯。第一吸液芯靠熱負(fù)荷的一側(cè)有許多蒸汽槽道6，在蒸發(fā)器與工作的CPU連接而受熱時(shí)，第一吸液芯的工質(zhì)將吸收潛熱，在蒸汽槽道產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽最后匯集到蒸汽管道7，沿著蒸汽管道到達(dá)冷凝段8冷卻成液體，釋放出潛熱，達(dá)到將CPU端的熱量帶走的目的。為了提高冷卻效果，可以在冷凝段加上翅片9。冷凝后的液體再通過(guò)液體回流管1回到補(bǔ)償室。第二吸液芯分布著許多液體通道4。該液體通道貫穿整個(gè)第二吸液芯，使補(bǔ)償室的液體很容易到達(dá)第一吸液芯。圖2更清晰地表達(dá)了第二吸液芯的結(jié)構(gòu)。
圖3中，第一吸液芯5靠蒸發(fā)器受熱的一面上開有許多槽道，其中有縱向槽道10和橫向槽道11。在靠蒸汽管道一側(cè)，第一吸液芯還開有一個(gè)主橫向槽道12。此外，與主橫向槽道12垂直的方向開有主縱向槽道13。當(dāng)CPU工作給予蒸發(fā)器熱量Q時(shí)，緊貼蒸發(fā)器受熱面的第一吸液芯5也將受熱，其表面的液體由于吸收了潛熱，將在橫向槽道10和縱向槽道11中產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽將在橫向槽道10和縱向槽道11中選擇流動(dòng)阻力最小的方向流動(dòng)，最終到達(dá)主橫向槽道12。到達(dá)主橫向槽道12的蒸汽將通過(guò)與主橫向槽道12相連的蒸汽管道帶了冷凝段。
由于存在橫向槽道10和縱向槽道11以及主縱向槽道13，第一吸液芯緊貼蒸發(fā)器的一面將更容易產(chǎn)生蒸汽。產(chǎn)生的蒸汽在橫向槽道10和縱向槽道11和主縱向槽道13中流動(dòng)的時(shí)候，由于槽道間互聯(lián)互通，從而使蒸汽可以選擇流動(dòng)阻力最小的方向流動(dòng)，導(dǎo)致蒸汽在槽道中的流動(dòng)壓降比普通的回路熱管的槽道要低，結(jié)果是整個(gè)回路的壓降都比普通的回路熱管要小，使回路熱管的總傳熱能力得到增強(qiáng)。此外，如果蒸發(fā)器局部受熱過(guò)大的時(shí)候，受熱過(guò)大處產(chǎn)生的大量蒸汽也因?yàn)橛懈嗟牧鲃?dòng)方向，可以使該部分的大量蒸汽也能迅速流走，避免蒸發(fā)器的溫度繼續(xù)惡化，從而可以使回路熱管在一個(gè)更優(yōu)的性能下運(yùn)行，達(dá)到使CPU的溫度下降的目的。
第一吸液芯的主橫向槽道12可以起到一個(gè)匯集從縱向槽道10過(guò)來(lái)的蒸汽的作用。它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在匯集的時(shí)候很明顯地減小流動(dòng)阻力，且起一個(gè)緩沖的作用。用輔助管道14將第一吸液芯的主縱向槽道13與第一吸液芯上的主橫向槽道12相連，則蒸發(fā)器槽道中蒸汽流動(dòng)阻力下降的效果更明顯，回路熱管的運(yùn)行性能更佳，CPU的溫度下降更明顯。
權(quán)利要求
1.一種平板式高效回路熱管裝置，其主要特征是蒸發(fā)器與補(bǔ)償室為一體式結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的平板式高效回路熱管裝置，其特征在于同一容器中第一吸液芯和第二吸液芯疊加在一起。裝置的外觀及第一、二吸液芯可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成圓柱體、長(zhǎng)方體或者其它形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的平板式高效回路熱管裝置，其特征在于第二吸液芯的結(jié)構(gòu)中有液體通道，通道的開口形狀可以為圓形，矩形，三角形，菱形，花形，六邊形等。液體通道的特征是其水力直徑比第一吸液芯有效孔徑明顯大，并且明顯貫穿整個(gè)第二吸液芯。單個(gè)液體通道可以處處大小相等，也可以大小不等。所有的液體通道可以統(tǒng)一大小形狀，也可不統(tǒng)一。液體通道可以是垂直貫穿第二吸液芯，也可以曲線狀貫穿第二吸液芯。液體通道的排列可以是有規(guī)律的陣列，也可以是無(wú)規(guī)則的分布。
4.如權(quán)利要求2所述的平板式高效回路熱管裝置，其特征在于第二吸液芯使系統(tǒng)毛細(xì)吸引力增大而又不妨礙系統(tǒng)滲透率的作用。
5.如權(quán)利要求2所述的平板式高效回路熱管裝置，其特征在于第二吸液芯可以用金屬顆粒、聚合物、纖維、網(wǎng)篩等材料，以燒結(jié)或其他方式制造而成。當(dāng)吸液芯的厚度大時(shí)，熱導(dǎo)率可以較大；當(dāng)其厚度小時(shí)，熱導(dǎo)率可以較小，以使蒸發(fā)器到補(bǔ)償室的熱泄漏最小為目的。
6.如權(quán)利要求2所述的平板式高效回路熱管裝置，其特征在于一種新的第一吸液芯結(jié)構(gòu)，使蒸發(fā)器中蒸汽的流動(dòng)阻力大為降低。蒸汽槽道的位置不在蒸發(fā)器內(nèi)壁面上，而是在第一吸液芯上，第一吸液芯包含了橫向槽道和縱向槽道。這些槽道的最主要特征是縱橫交錯(cuò)，橫向槽道和縱向槽道可以垂直，但也可以成其它角度。槽道的開口形狀可以為圓形，矩形，梯形，三角形，菱形，花形，六邊形等。單個(gè)槽道的大小可以處處大小相等，也可以大小不等。槽道的起始位置和終止位置可以在第一吸液芯的邊緣，也可以在第一吸液芯的內(nèi)部。所有的槽道可以統(tǒng)一大小形狀，也可不統(tǒng)一。槽道的排列可以是有規(guī)律的陣列，也可以是無(wú)規(guī)則的分布。
7.如權(quán)利要求6所述的第一吸液芯，其特征在于包含了一個(gè)或多個(gè)主縱向槽道和主橫向槽道。它的主要特點(diǎn)是起一個(gè)匯集和緩沖從橫向槽道和縱向槽道過(guò)來(lái)的蒸汽，連接回路熱管的蒸汽管道。它的開口形狀可以為圓形，矩形，梯形，三角形，菱形，花形，六邊形等。它的起始位置和終止位置可以在第一吸液芯的邊緣，也可以在第一吸液芯的內(nèi)部。
8.如權(quán)利要求6所述的第一吸液芯，其特征在于包含一個(gè)或多個(gè)將第一吸液芯的主縱向槽道與第一吸液芯上的縱向槽道相連的輔助管道。該輔助管道可以是或不是與第一吸液芯的其它結(jié)構(gòu)同時(shí)存在。該輔助管道可以是額外的管道，也可以是在蒸發(fā)器壁開出的溝槽。其橫截面可以為圓形，矩形，梯形，三角形，菱形，花形，六邊形等。其長(zhǎng)度方向的形狀無(wú)固定形狀。
9.如權(quán)利要求6所述的第一吸液芯，其特征在于使回路熱管在低瓦數(shù)下容易啟動(dòng)、不會(huì)因?yàn)榫植空羝嬖谑拐舭l(fā)器局部溫度過(guò)高、使回路熱管的最大傳熱量提高。
全文摘要
本發(fā)明屬于傳熱和電子元器件冷卻領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種平板式高效回路熱管裝置。主要特征是提出了一種平板式回路熱管中一體式蒸發(fā)器和補(bǔ)償室結(jié)構(gòu)。第一吸液芯主要起到使工質(zhì)蒸發(fā)的作用，第二吸液芯起到增大系統(tǒng)毛細(xì)吸引力的作用，其多孔的結(jié)構(gòu)形式可使工質(zhì)容易到達(dá)第一吸液芯，并且起到減小系統(tǒng)熱泄漏的作用。第一吸液芯中包含了橫向槽道和縱向槽道，由于采用了縱橫交錯(cuò)的蒸汽槽道，更利于蒸汽的蒸發(fā)，使回路熱管更容易在低瓦數(shù)下啟動(dòng)。啟動(dòng)后蒸汽可以根據(jù)局部阻力選擇阻力最小、壓降最小的槽道進(jìn)行流動(dòng)，使回路熱管的整體壓降大大降低，且不會(huì)因?yàn)榫植空羝嬖谑拐舭l(fā)器局部溫度過(guò)高，從而使回路熱管的最大傳熱能力得到增強(qiáng)。
文檔編號(hào)H05K7/20GK1703142SQ20051003540
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者呂樹申, 莫冬傳 申請(qǐng)人:中山大學(xué)